Em 15 de junho, a CNNC divulgou que cientistas chineses alcançaram um avanço crucial no campo do enriquecimento de isótopos estáveis, produzindo com sucesso, pela primeira vez, o isótopo silício-28 com abundância superior a 99,99% em escala industrial independente, com indicadores-chave do produto atingindo níveis avançados internacionais. Este resultado foi obtido pela equipe do Instituto de Engenharia Física e Química Nuclear da CNNC, marcando um progresso substancial da China em materiais-chave para chips quânticos de silício, na preparação de isótopos estáveis de alta abundância e na capacidade de engenharia para industrialização de isótopos estáveis.

A importância do silício-28 no campo da computação quântica reside, principalmente, na sua capacidade de reduzir a interferência de ruído ambiental na operação dos qubits. O silício natural é composto por três isótopos estáveis: silício-28, silício-29 e silício-30, com o silício-28 representando cerca de 92,2%. Em chips quânticos de silício, o silício-29 possui spin nuclear, que pode afetar a manutenção do estado quântico e o tempo de coerência dos qubits. Aumentar a abundância do silício-28 para mais de 99,99% equivale a fornecer um ambiente de material mais "silencioso" para dispositivos quânticos de silício, ajudando a melhorar a estabilidade do estado quântico e fornecendo uma base material para o design subsequente de chips quânticos, fabricação de dispositivos e integração em larga escala.

A dificuldade deste avanço não reside na purificação química convencional, mas na separação de alta precisão entre diferentes isótopos do mesmo elemento. As propriedades químicas do silício-28, silício-29 e silício-30 são semelhantes, não podendo ser efetivamente diferenciados por reações químicas comuns. É necessário utilizar tecnologias de separação de isótopos estáveis para alterar a proporção de abundância dos diferentes isótopos. De acordo com o responsável do Instituto de Engenharia Física e Química Nuclear da CNNC, o processo de purificação do silício-28 é análogo a separar "grãos" de diferentes massas, enriquecendo o silício-28 no componente alvo. A capacidade de alcançar produção independente em larga escala com abundância superior a 99,99% indica que os processos de separação relevantes, controle de equipamentos, estabilidade do processo e consistência do produto já entraram em fase de engenharia.

A computação quântica baseada em silício é considerada com potencial para integração com processos semicondutores maduros. Em comparação com algumas rotas quânticas que dependem de sistemas de materiais especiais, a rota do silício é mais facilmente conectada ao sistema de fabricação CMOS existente, equipamentos de processamento de wafers e à cadeia industrial de semicondutores, mas a premissa é que a pureza do material-chave, a composição isotópica e a qualidade do cristal atendam aos requisitos dos dispositivos quânticos. A produção independente em larga escala de silício-28 de altíssima abundância ajuda a reduzir a dependência da pesquisa e desenvolvimento de chips quânticos de silício da China do fornecimento externo de materiais, fornecendo também suporte básico para a transição de chips quânticos da verificação de dispositivos em laboratório para a fabricação de amostras de engenharia mais estáveis. Além da computação quântica, o silício-28 de altíssima abundância também possui perspectivas de aplicação em campos de ponta, como semicondutores de processo avançado, navegação de alto nível e padrões metrológicos.

A equipe do Instituto de Engenharia Física e Química Nuclear da CNNC, que realizou este avanço, já havia produzido anteriormente 26 isótopos estáveis de 12 elementos, incluindo molibdênio, telúrio e níquel, promovendo continuamente a engenharia e industrialização da tecnologia de separação de isótopos estáveis. Embora os isótopos estáveis pareçam ser um elo de material upstream, eles afetam diretamente a segurança do fornecimento de materiais para múltiplas indústrias de ponta, como computação quântica, medicina nuclear, detecção de alto nível, metrologia de precisão e manufatura avançada. Após a produção independente em larga escala do silício-28, o sistema industrial de isótopos estáveis da China será ainda mais aperfeiçoado, fornecendo também uma fonte de material mais controlável para a pesquisa e desenvolvimento de chips quânticos, semicondutores e equipamentos de alto nível. À medida que os dispositivos quânticos de silício continuam a avançar em direção a alta fidelidade, longo tempo de coerência e integração em larga escala, o silício-28 de altíssima abundância se tornará um marco importante para observar a capacidade de materiais de chips quânticos da China.